Ti离子注入结合PDA诱导AZ31镁合金HA涂层的制备及性能研究

发布时间：2020-07-22 06:15

【摘要】：镁合金由于其优异的性能而被研究者们广泛关注。其中,镁合金与人体骨相接近的弹性模量可以最大限度地减少由于常用金属植入物较大的弹性模量所造成的“应力屏蔽”现象。镁也是生物磷灰石形成过程中最重要的二价离子之一,是骨代谢的重要元素。但镁活泼的化学性质限制了它的临床应用。本文以AZ31镁合金作为研究对象,通过钛离子注入预处理,结合多巴胺诱导仿生矿化法构建羟基磷灰石涂层,以期改善AZ31镁合金的耐腐蚀性和细胞相容性。1.钛离子注入AZ31镁合金预处理层的制备及表征。目的:考察不同剂量钛离子注入对AZ31镁合金耐腐蚀性能的影响。方法:AZ31基材经过打磨抛光后放入真空靶室,设定引出电压为40kV,注入剂量分别设定为1×10~(17)ions/cm~2、2×10~(17)ions/cm~2、3×10~(17)ions/cm~2、4×10~(17)ions/cm~2、5×10~(17)ions/cm~2,使用X射线衍射仪分析离子注入层晶体结构的变化,X射线光电子能谱分析离子注入层的组成,射频脉冲辉光放电光谱分析注入深度和注入元素原子百分比之间的关系。通过动电位极化曲线对离子注入镁合金的耐腐蚀性能进行研究。结果:通过离子注入技术成功将钛离子注入AZ31镁合金。XRD结果显示,注钛AZ31镁合金XRD衍射峰与基材相同;辉光放电光发射谱结果表明,五组样品中均存在钛元素,注入层中钛的含量在距镁合金表面大约100-500nm时最高;动电位极化曲线显示,当钛离子注入剂量为3×10~(17)ions/cm~2时,镁合金的腐蚀电流密度最低。因此,我们使用3×10~(17)ions/cm~2的离子注入剂量对AZ31镁合金进行预处理。2.钛离子注入预处理AZ31镁合金复合多巴胺诱导羟基磷灰石涂层的制备及表征。目的:钛离子注入预处理AZ31镁合金复合多巴胺诱导制备羟基磷灰石涂层,改善AZ31镁合金的耐腐蚀性能和细胞相容性。方法:在钛离子注入预处理的AZ31镁合金表面,复合多巴胺后浸泡在钙磷溶液中,仿生矿化形成羟基磷灰石涂层。分别利用扫描电镜,X射线衍射仪,傅氏转换红外线光谱分析仪和X射线能谱仪,对改性后的AZ31镁合金的表面形貌、晶相结构及元素组成进行表征。通过动电位极化曲线和析氢实验对改性后AZ31镁合金的耐腐蚀性能进行研究。通过MTT实验、茜素红染色和AKP实验考察改性镁合金的细胞相容性。结果:通过离子注入技术和仿生矿化技术,在AZ31镁合金表面成功制备了钛/多巴胺/羟基磷灰石复合涂层。扫描电镜观察钛离子注入预处理AZ31镁合金发现,镁合金表面复合涂层呈现花瓣样结构,EDS结果显示复合涂层钙磷比为1.65,相比于单独钛离子注入预处理涂层和多巴胺诱导的钙磷涂层更接近羟基磷灰石中钙磷的理论百分比1.67,横断面结果显示复合涂层的厚度最厚,约416.67μm。动电位极化曲线结果显示,复合涂层的腐蚀电位最高,为-1210mVvs.Ag/AgCl,腐蚀电流密度最低,为3.341×10~(-6)A/cm~2。析氢结果显示:复合涂层组氢气析出量随时间的增加最为缓慢。MTT实验结果显示,MC3T3-E1细胞呈现树突状结构,无核分裂相,3组处理样均无细胞毒性且能促进细胞增殖,复合涂层组7天细胞增殖率相较其他组更高。茜素红染色结果表明复合涂层组钙结节染色较深且数目最多,AKP检测结果表明复合涂层组Alp活性较其他组更强。结论:通过钛离子注入预处理AZ31镁合金复合PDA成功诱导制备了羟基磷灰石复合涂层,改性后的AZ31镁合金的耐腐蚀性以及细胞相容性均明显改善。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R783.1
【图文】：

镁合金材料用植入材料植入物材料的使用可以追溯到十九世纪，工业革命的兴起开启。从那时起，金属材料就在矫形外科中占据主导地位，在大多括临时装置中均起着重要作用。同时，口腔临床中也可以看到迹[2]。近年来，越来越多的金属生物材料研究趋向于硬组织器 NiTi 记忆合金应用于血管支架的研究[3]、镁合金在骨组织工的探究[4]。尽管可以通过工业生产铸造各型金属以及合金材料材料具有良好的生物相容性，可以成为长期有效的植入材料。，这些材料可分为以下四组：不锈钢、钴基合金、钛基合金和钛合金以及镁合金）[5]。前三组中的金属材料制成的医用植入和药物管理局[6]的批准，并已被广泛的应用于骨科。图 1 展示料应用于医学临床实践的场景。

研究生学位论文合 PDA 诱导 AZ31 镁合金 HA 涂层的制备及性能研究进行选择性的修改。例如，如果他们被制成心血管得到保证。，研究人员对初始修复阶段的降解率给予了更多的合过程中，要保持良好的力学特性。镁具有化学活。一般来说，在制备和使用过程中，涂层中会不可环境中，体液通过这些裂缝和气孔穿透涂层。图蚀失效机理的示意图[35]。

沉积是一个范围广泛的过程，包括阴极电泳、阳极电沉积和电的一个典型特征是，悬浮在液体介质中的胶体颗粒在电场(电泳并沉积在电极上。图 1-3 给出了两个电泳沉积过程的示意图[50]无机相沉积。阴极电沉积比化学转化层更能产生羟基磷灰石涂层数调整是必要的。有时基体的痕迹会被混合到涂层中形成新相单纯的沉积，而是在一定程度上在界面上的转换。电泳沉积技术镁合金中辅助微弧氧化技术沉积涂层的研究。MehdiRazavi 及其镁合金为原料，制备了一种纳米结构的墨温钛(Ca3MgSi2O8)生物陶耐蚀性、生物活性、机械稳定性和细胞相容性。电泳沉积辅助微涂层。用 x 射线衍射和电子显微镜对样品的相组成和表面形貌进电化学测量、浸入模拟体液(SBF)和压缩试验研究了样品的腐蚀学行为。通过细胞培养试验评估样品的细胞相容性。结果表明不仅提高了耐蚀性，而且提高了 AZ91 镁合金的生物活性、机械容性。

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本文编号：2765437